Focus Energie & Environnement - Des cellules photovoltaïques organiques plus performantes développées par l’Université de Science et Technologie de Hong Kong. (02/03/2016)

Article publié le 02/03/2016

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Les cellules photovoltaïques permettent, par un procédé physique, de transformer l’énergie lumineuse en énergie électrique. Les plus répandues sont les cellules inorganiques au silicium. S’opposent à elles, les cellules photovoltaïques organiques. Les recherches sur ces cellules ont débuté en 1985 dans le but de réduire les coûts de l’électricité photovoltaïque.

Les cellules photovoltaïques organiques sont appelées ainsi car des molécules organiques constituent leur couche active (la couche active est la zone qui permet de produire de l’électricité).Cette spécificité permet une réduction du coût et de la difficulté de production par rapport à celle des cellules inorganiques. Les frais de production sont réduits - le coût de telles cellules est d’environ 1€/Wp installée (Wp = puissance nominale) - dû au faible coût des semi-conducteurs organiques ainsi qu’aux nombreuses simplifications du processus de fabrication.

Un semi-conducteur organique se présente sous la forme d’un cristal ou d’un polymère dont les caractéristiques principales sont la conduction par les électrons et les trous. Ces semi-conducteurs sont composés de molécules carbonées.

Elles sont également plus fines, plus légères, plus flexibles, tout en restant très résistantes.
Ceux sont ces caractéristiques qui combinées, suscitent tout l’intérêt des chercheurs en vue de leur applications industrielles. On retrouve trois types de cellules photovoltaïques organiques :

1) Les cellules photovoltaïques organiques moléculaires

2) Les cellules photovoltaïques hybrides

3) Les cellules photovoltaïques organiques à base de polymères

Dans le cadre de l’étude de HKUST, il s’agit de ces dernières cellules, dont les premiers développements datent des années 2000 et dont les rendements étaient jusque là seulement de 5%, mais dont les traitements polymères, à base d’hydrocarbures halogénées, posent encore des problèmes quant à la pollution de l’environnement. A contrario, leur procédé de fabrication - des chaînes de productions de rouleaux continus - est à la fois à très haut rendement et aussi simple que celui de la fabrication du papier.

Les recherches menées par l’équipe du Prof. He Yan en collaboration avec l’équipe du Prof Wei Ma de l’université de Xi’an Jiaotong en Chine, détaillent un nouveau procédé de développement de cellules photovoltaïques organiques à base de polymères non halogénés.

Le système de traitement innovant ainsi développé intègre les effets synergiques d’un solvant hydrocarboné, associé à un nouvel additif, et à un choix approprié de la chaîne latérale du polymère, et de leur agrégation, dépendant de la température de solidification du polymère . Ce procédé permet d’obtenir une morphologie quasi optimale des cellules photovoltaïques, rendue possible grâce à la combinaison de solvants à faibles taux d’hydrocarbures. Grâce à cela, l’équipe a par exemple développé un laser rechargeable grâce à des cellules photovoltaïques situées le long du stylet.

Aucune substance toxique, ni solvant dangereux n’est utilisé au cours du processus de production, ce qui en fait le premier procédé de fabrication de cellules solaires organiques vraiment respectueux de l’environnement.

En plus de réduire l’impact sur l’environnement, ce procédé permet d’atteindre un rendement de 11,7 % , ce qui est supérieur aux précédents résultats obtenus sur les cellules photovoltaïques organiques.

Les résultats fournissent également de nouvelles et notables connaissances scientifiques fondamentales qui faciliteront l’amélioration de la morphologie et la performance des cellules solaires organiques à bases de polymères. Cela permet d’espérer que dans les prochaines années, nos appareils mobiles seront équipés de ce type de cellules qui leur permettront de se recharger automatiquement à la lumière du jour.

Le professeur He Yan espère que d’ici à 10 ans, la technique sera industrialisée et largement commercialisée.

Source :

[1] http://www.ust.hk/about-hkust/media-relations/press-releases/hkust-develops-environmentally-friendly-organic-solar-cells-record-performance-2/
[2] http://www.nature.com/articles/nenergy201527
[3] http://blog.ust.hk/yanlab/2016/02/03/a-new-publication-on-nature-energy/
[4] https://fr.wikipedia.org/wiki/Cellule_photovolta%C3%AFque_organique
[5] https://arizona.pure.elsevier.com/en/publications/interface-science-of-emerging-organic-solar-cell-platforms-electr
[6]http://www.actuenvironnement.com/ae/news/recherche_cellules_solaires_organiques_7116.php4
[7] http://www.nature.com/articles/nenergy201527
[8] http://www.ust.hk/cover-stories/hkust-scholars-develop-materials-record-efficiency-polymer-solar-cells-2/
[9] http://blog.ust.hk/yanlab/2016/02/

Rédacteur :

Julie METTA, Chargée de mission scientifique - Hong Kong

publié le 02/03/2016

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